CAE在汽車空氣動(dòng)力學(xué)分析的仿真與應(yīng)用

 在汽車行業(yè)，從最初的線彈性部件分析到汽車結(jié)構(gòu)中大量的非線性問(wèn)題分析，到現(xiàn)在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，有限元科技CAE應(yīng)用項(xiàng)目幾乎可以涵蓋所有環(huán)節(jié)。

 今天有限元科技小編和大家分享的是：汽車設(shè)計(jì)中的空氣動(dòng)力學(xué)分析。

 空氣動(dòng)力學(xué)，簡(jiǎn)稱氣動(dòng)力學(xué)，一般而言，空氣動(dòng)力學(xué)劃分為高速氣動(dòng)力學(xué)和低速氣動(dòng)力學(xué)，對(duì)于汽車而言，其屬于低速氣動(dòng)力學(xué)范疇，這個(gè)部分主要研究空氣的流動(dòng)性及溫度等作用。對(duì)于普通家用車而言，擁有優(yōu)秀氣動(dòng)設(shè)計(jì)的汽車會(huì)更安靜更省油，速度更快。

 原理

 當(dāng)一個(gè)物體穿過(guò)空氣時(shí)，會(huì)使周圍的空氣發(fā)生位移，同時(shí)該物體會(huì)受到重力（gravity）和阻力（drag）的影響，因此阻力會(huì)由固體穿過(guò)流質(zhì)（比如空氣或水）的過(guò)程中產(chǎn)生。當(dāng)物體加速時(shí)，其速度和阻力同時(shí)增加，速度越快，阻力越大，也就是說(shuō)車速越快的話車身所面臨的空氣阻力越強(qiáng)，而且是以成倍的速率增長(zhǎng)，最終阻力將與重量相等達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，此時(shí)物體將無(wú)法繼續(xù)加速。

 由于空氣動(dòng)力對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻、駕駛室通風(fēng)和空調(diào)內(nèi)流、汽車空氣動(dòng)力噪聲、車身表面覆蓋件的振動(dòng)甚至刮水器的性能各方面有重要影響，所以汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)分析從而優(yōu)化汽車曲線、尺寸、部件過(guò)渡等來(lái)減少空氣阻力系數(shù)是很有必要的。

 汽車空氣動(dòng)力學(xué)分析即通過(guò)CFD技術(shù)模擬汽車行駛與空氣產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽車周圍空氣流動(dòng)情況與汽車動(dòng)力相互影響。

在近期新型汽車開(kāi)發(fā)中，提出有關(guān)的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，包括新車型氣動(dòng)性能預(yù)側(cè)和現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品性能分析等。

 汽車的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題主要分內(nèi)流和外流兩種情況，整車空氣動(dòng)力特性屬于外流，空調(diào)系統(tǒng)、車室內(nèi)流動(dòng)等屬于內(nèi)流。傳統(tǒng)的研究方式為風(fēng)洞試驗(yàn)，進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)必須有實(shí)車或模型，費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，由于沒(méi)有汽車專用風(fēng)洞，需去四川進(jìn)行試驗(yàn)，使試驗(yàn)研究受到很大的限制。另外，各種狀態(tài)的三維流場(chǎng)的詳細(xì)情況在實(shí)驗(yàn)中也很難觀察到。

 CFD(計(jì)算流體力學(xué))軟件引入了CFD模擬計(jì)算能力。模擬計(jì)算不需要實(shí)車或模型，節(jié)省大量試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，可在開(kāi)發(fā)的前期進(jìn)行預(yù)測(cè)，可隨時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，并可得到三維流場(chǎng)的詳細(xì)信息，供設(shè)計(jì)部門參考。

 CFD模擬計(jì)算的原理與軟件

 汽車空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題屬于流體力學(xué)范疇，汽車的運(yùn)動(dòng)速度為每秒幾十米，此時(shí)空氣應(yīng)視為不可壓流體。通常將汽車的內(nèi)外流動(dòng)按三維不可壓粘性流動(dòng)處理，考慮到其外形的復(fù)雜，流動(dòng)多處分離，應(yīng)按湍流求解。由于汽車外形的復(fù)雜性，使建模和計(jì)算具有相當(dāng)?shù)碾y度。工程上一般采用湍流模型，通?？梢詽M足工程上的要求，所需的資源又可以承受。更精密的湍流模型雖然可以提高計(jì)算精度，但所需的硬件與時(shí)間資源很高。

 目前的商用CFD軟件大都采用有限體積法求解，將求解區(qū)域劃分成幾十萬(wàn)到上千萬(wàn)個(gè)小體積，將微分方程組離散成代數(shù)方程組，迭代求解。

 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，空氣動(dòng)力學(xué)已經(jīng)逐漸成為一個(gè)重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。優(yōu)秀的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)不但可以達(dá)到高效節(jié)能的目的，還能夠減少噪音、提高車輛的平順性和行駛穩(wěn)定性，提供更強(qiáng)的安全保障。如今，它已經(jīng)不是航空航天領(lǐng)域的專利，而是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)必不可少的元素之一。

 汽車空氣動(dòng)力學(xué)CAE應(yīng)用，目前已經(jīng)開(kāi)展整車空氣動(dòng)力特性、附加裝置空氣動(dòng)力學(xué)性能、車身空調(diào)系統(tǒng)流動(dòng)特性等問(wèn)題的模擬計(jì)算，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段中得到應(yīng)用，對(duì)產(chǎn)品性能給出預(yù)測(cè)，為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了有力的支持。

 空氣動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算作為CAE的一個(gè)方面，正在逐漸走進(jìn)設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中發(fā)揮愈來(lái)愈大的作用。深圳市有限元科技有限公司是一家以計(jì)算機(jī)輔助工程cae為主業(yè)，以工程仿真軟件開(kāi)發(fā)為核心，集cae咨詢、cae培訓(xùn)、cae軟件研發(fā)與銷售為一體的高科技企業(yè)。如有業(yè)務(wù)的需要請(qǐng)聯(lián)系電話：13632683051，咨詢QQ：4006046636。

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